摘要：溫室效應(yīng)加強(qiáng)，導(dǎo)致氣候變暖，海平面上升，zui后危機(jī)到我們?nèi)祟惖陌踩恢敝铝τ诳刂茰厥覛怏w（zui主要的CO₂）的排放，CO₂的特性之一是它會(huì)增強(qiáng)溫室效應(yīng)，所以我們利用一種光譜傳感器可以檢測(cè)到它的含量。文章詳細(xì)介紹了該傳感器的原理及使用方法。

        政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)（IPCC）在其2007年度的情況報(bào)告中報(bào)道說(shuō)：性的氣候變暖速度已經(jīng)明顯加快，的氣溫和水溫上的升趨勢(shì)非常明顯，南北地區(qū)的冰川和冰層一直在不斷的融化，海平面不斷提高。對(duì)于導(dǎo)致氣候變化的原因，一致的意見是：大氣層中的溫室氣體是大氣變暖的主要因素。
　　
　　太陽(yáng)不斷地在向地球發(fā)送著能量，根據(jù)能量平衡，地球也必須向太空發(fā)送同等的能量。但由于地球比太陽(yáng)的溫度要低的多，因此它對(duì)外輻射的能量波長(zhǎng)要比太陽(yáng)的長(zhǎng)，尤其是在紅外線波段內(nèi)的波長(zhǎng)。地球的大氣層隔絕了大部分熱能的散發(fā)，并把這些熱能反射到地球表面。這種現(xiàn)象被稱之為溫室效應(yīng)；此外，人類的活動(dòng)，尤其是古生物能源石油的消耗和大量森林資源的消耗，都大大地提高了溫室氣體在大氣層中的濃度。這樣一來(lái)，地球吸收的太陽(yáng)能越來(lái)越多，從而加強(qiáng)了溫室效應(yīng)，使得的氣候不斷變暖。　　
　　氣候變暖的現(xiàn)象已經(jīng)非常嚴(yán)重，探索相對(duì)應(yīng)的解決方案需要*的工程師和科學(xué)家們共同努力合作。而探索出來(lái)的zui終結(jié)果需要依靠原來(lái)一直沒(méi)有公布的、由成千上萬(wàn)分布在世界各地的檢測(cè)儀器提供的大量可靠數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析。
　　
　　人們?cè)缫颜J(rèn)識(shí)到氣候的變化對(duì)于地球上每一種生物的生存都是至關(guān)重要的，于是早就努力制定并尋找監(jiān)控和降低溫室氣體排放量的措施和技術(shù)方法。在1997年簽訂的京都議定書中，就制定了減少溫室氣體排放的計(jì)劃：到2012年時(shí)溫室氣體排放量應(yīng)減少到1990年的水平。京都議定書中規(guī)定的、被大氣環(huán)境委員會(huì)確認(rèn)的溫室氣體為：CO2、N2O、CH4、SF6（圖1）。
　　跟蹤并監(jiān)督溫室效應(yīng)氣體的實(shí)際排放是京都議定書的核心，如果不能直接測(cè)量實(shí)際溫室效應(yīng)氣體的排放，使用基于動(dòng)態(tài)的功率消耗來(lái)替代測(cè)量和計(jì)算也是很有效的方法。不管在哪種情況中，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的可用性和可靠性都隨著越來(lái)越多制度的實(shí)施和經(jīng)濟(jì)影響的產(chǎn)生而變得越來(lái)越重要。
　　
　　隨著政府和工業(yè)界在努力減少溫室效應(yīng)氣體的排放，科學(xué)界也在不斷努力以求更*地理解世界氣候、碳交換機(jī)理、生態(tài)互動(dòng)以及變暖的影響，并對(duì)它們進(jìn)行建模。像這些復(fù)雜的系統(tǒng)需要十分精細(xì)的模型和仿真、大量超級(jí)計(jì)算機(jī)資源以及盡可能的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。例如，嵌入式網(wǎng)絡(luò)傳感中心（CENS）的研究員正在使用NICompactRIO硬件平臺(tái)研究多種生態(tài)系統(tǒng)中碳的動(dòng)態(tài)交換過(guò)程（圖2）。CO2的特性之一是它會(huì)增強(qiáng)溫室效應(yīng)，因?yàn)樗軌蛭占t外（IR）區(qū)域的光線。這種特性可以利用在包含紅外光源、光學(xué)濾波器和紅外探測(cè)器的光譜傳感器上。將濾波器調(diào)節(jié)到被CO2所吸收的紅外線波長(zhǎng)，紅外探測(cè)器輸出就與CO2濃度成比例。研究員能夠方便地將這個(gè)傳感器的模擬輸出連接到例如CompactRIO等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電壓輸入或4~20mA電流輸入。　　
　　在傳感器使用方面，越來(lái)越多的人使用環(huán)保技術(shù)型的傳感器來(lái)替代傳統(tǒng)工業(yè)上應(yīng)用的傳感器產(chǎn)品，例如使用SDI-12系列接口的CO2探測(cè)器。此外，許多如CO2探測(cè)器等環(huán)境傳感器具有SDI-12串行數(shù)據(jù)接口，利用這個(gè)接口可以把傳感器通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)易適配器連接到CompactRIO上。將CO2濃度的數(shù)據(jù)與氣體流速的測(cè)量結(jié)果結(jié)合在一起，研究員就可以計(jì)算在森林頂蓋之間與其上方實(shí)際CO2的流量。其他CompactRIO系統(tǒng)測(cè)量在土壤表面下多個(gè)位置的CO2濃度和濕度，以便找出CO2的源頭。CompactRIO系統(tǒng)的分組使用了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，從而可以同時(shí)采集并記錄來(lái)自多個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，對(duì)正在研究的區(qū)域進(jìn)行特征提取，將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線特性節(jié)點(diǎn)或WLAN網(wǎng)絡(luò)周期性地傳送到中心在線數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　
　　ConpacteRIO環(huán)境大氣監(jiān)控系統(tǒng)是作為原型系統(tǒng)所開發(fā)的，用于美國(guó)國(guó)家生態(tài)觀測(cè)站網(wǎng)絡(luò)NEON；這是一個(gè)橫跨美洲大陸的研究項(xiàng)目，也是由美國(guó)NSF國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助的一個(gè)研發(fā)項(xiàng)目。國(guó)家生態(tài)觀測(cè)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)站利用儀器設(shè)備對(duì)CO2的交換情況進(jìn)行檢測(cè)，提供其他氣體在在森林、土壤、大氣之間的CO2以及其他氣體的交換，以及植物、土壤、水體的物理、化學(xué)和微生物特性。數(shù)據(jù)將傳送到中央處理中心，并且與世界其他地區(qū)的科學(xué)家進(jìn)行共享。目前，ComactRIO監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在哥斯達(dá)黎加雨林中的LaSelva生物觀測(cè)站中使用了。它在那里構(gòu)成了一個(gè)多用戶的生態(tài)數(shù)據(jù)中心：科學(xué)家們能夠把CompactRIO與傳感器連接為一體，構(gòu)成一個(gè)熱帶雨林開展科學(xué)研究和試驗(yàn)的試驗(yàn)系統(tǒng)。另外，CompacteRIO系統(tǒng)也將在山脈自然保護(hù)區(qū)JamesSanJacinto和StuntRanchSantaMonica山脈保護(hù)站中使用。